东山湾海水中Fe(II)和Fe(III)相互转化围隔实验研究

根据2008 年8 月与11 月在东山湾海域获得的调查资料对表层水中溶解态Fe(II)和Fe(III)含量、浮游植物叶绿素a、营养元素及其浓度等环境参数进行分析。结果表明, 夏、秋季海水中Fe(II)浓度及其在总溶解铁中所占比例均与浮游植物叶绿素a 呈正相关, 其相关系数分别为0.7959、0.9219。现场围隔实验表明, 海水中总溶解态Fe 含量在24 h 内有较大的变化, 最大减少量达到17.4%。DS2 站点海水中Fe(II)浓度及其在总溶解铁中所占比例随光照强度增加而增加。最高值与初始值相比较, 叶绿素a 较高的DS2 站点海水中Fe(II)浓度增加较叶绿素a 较低的DS5 号站点高0.053μg/L。Fe(II)和Fe(III)加富实验研究了溶解态的Fe(II)和Fe(III)在海水中相互转化。高浓度的Fe(II)在海水中被氧化成Fe(III),海水中浮游植物也会引发光还原作用使Fe(III)还原成Fe(II)。     

海水中腐殖质对溶解态铁的络合及其影响因素

腐殖质(humic substances,简称HS)是地表普遍存在的天然有机物,对海洋中重要的微量营养元素-铁(Fe)的分布及生物地球化学循环具有重要的影响作用。本文对腐殖质的来源、分布及对海水中溶解态铁的迁移转化的影响做了总结,特别论述了其在河口及沿岸水域的行为。大量研究表明河口、沿岸及开放海水中溶解态铁分布的变化可以用腐殖质的浓度及其铁结合能力的变化来解释。腐殖质的络合作用不仅能够阻止溶解态铁(DFe)在河口、沿岸等水域被去除,而且能够通过洋流将DFe迁移至外海及大洋区域,此外还能增加铁的溶解度及对海水中浮游植物的生物可利用性,并且促进铁的氧化还原循环。研究还发现两者之间的络合强度受到盐度、pH等理化因素的影响。盐度是影响HS与DFe配合能力的重要影响因素,盐度增加,导致HS中可以与Fe配合的位点数量降低,配合总量呈现指数降低,而pH的增加可以增加HS与DFe的配合量。另外HS还能影响海水中DFe的氧化还原,并以此影响浮游植物对DFe的吸收利用。因此腐殖质对溶解态铁的有机络合作用是影响其海洋生物地球化学循环的一个重要参数,对进一步研究海水中腐殖质的浓度和分布具有重要的意义。     

胶州湾中汞的含量及其形态的分布规律

1987年5月、9月和1988年1月调查了胶州湾表层海水、浮游植物和表层沉积物中汞含量。溶解无机汞含量的变化范围为0.63—4.4ng/dm~3,溶解总汞含量的变化范围为2.5—40ng/dm~3,浮游植物含量变化范围为1.1—25ng/g(湿重)。测定结果表明,胶州湾中汞含量和分布规律与浮游植物的盛衰和陆地迳流有关。有机汞和COD之间存在着线性关系,溶解无机汞含量随叶绿素a含量增加呈指数下降,表明浮游植物对汞的富集及其在海水中形态的转化起着十分重要的作用。     

胶州湾东部水体、浮游植物和沉积物中的砷

根据胶州湾四个航次中水体的溶解态总砷c（AS）、溶解态三价砷c（AS（Ⅲ））、悬浮物总砷（Asp）、浮游植物总砷（Asph）、沉积物酸萃取态砷（SAsH）的调查数据，指出c（As）含量未超过国家一类海水水质标准，其高值区位于四方近岸，并由近岸向远岸浓度逐渐降低。由悬浮颗粒物、浮游植物和沉积物对水体中砷的富集因子，指出三者在砷的循环和迁移中起主导作用。     

夏季黄海培养实验中营养盐和铁对二甲亚砜(DMSO)含量动态变化的影响

于2011年6月12日至28日采集黄海表层海水进行甲板培养实验,研究了不同营养盐添加条件下浮游植物生长释放二甲亚砜(DMSO)的动态变化规律。实验结果表明,不同浓度及不同氮、磷、硅比值的营养盐的加入,均会导致培养体系中叶绿素a(Chl-a)、溶解态和颗粒态DMSO(DMSOd和DMSOp)含量的增加。培养实验过程中,DMSOp的浓度变化趋势与Chl-a相一致,其中在氮/磷比值最高(32∶1)的培养体系内DMSOp浓度最大,而DMSOd的浓度变化有一定的波动。此外,N、P营养盐相对于Si对DMSO含量的影响更为显著,而微量营养元素Fe可能并不是影响黄海浮游植物生物量的1个重要因子。     

海洋中Fe(Ⅱ)的行为及微生物参与下的过程研究概述

Fe是海洋浮游植物生长所必需的营养元素,而Fe(Ⅱ)是可以被直接吸收利用的形态。由于Fe(Ⅱ)处于氧化还原的中间状态,且在产生和转化的过程中,与NO_3~-的还原和NH_4~+的氧化密切相关。因此,研究Fe(Ⅱ)的产生及消亡机制对于研究海区内的初级生产力及海洋中的C、N元素循环具有重要意义。而目前对于海水中Fe(Ⅱ)的迁移转化机制报道尚少。本文详细论述了海洋中Fe(Ⅱ)的产生机制及Fe(Ⅱ)的化学行为,重点探讨了厌氧微生物催化下,异化还原和铁氨氧化还原对Fe(Ⅱ)产生、消亡等循环过程的作用,以及对周围环境中N移除的影响。     

南海中南部溶解态铝初探:促进甲藻生长?

2011年11月28日至2012年1月12日期间,通过对南海18°N至5°N海域25个站点78个溶解态铝样品的采集分析及所获得的浮游植物数据,首次研究报道了南海中南部海域溶解态铝的空间分布特征,探讨其与浮游植物群落结构之间的关系。结果表明,表层海水中溶解态铝平均含量138.3±39.1nmol·L-1,呈现陆架高、海盆和岛礁区低的水平分布特点;表层浮游植物共57属132种,分别属于硅藻门38属72种,甲藻门18属58种,蓝藻门1属2种,细胞总丰度在(0.75~21.09)×103cell·dm-3之间,表层溶解态铝的分布与甲藻总丰度(n=22,r=0.55,p0.01)具有显著的正相关性。就垂直分布而言,溶解态铝在0~100m水深内变化剧烈,在100~300m深度范围内,溶解态铝变化不明显,200m处稍有增加;溶解态铝的垂直分布与营养盐相关性不显著,与叶绿素a浓度(n=16,r=0.58,p0.05)、浮游植物总丰度(n=16,r=0.59,p0.05)和甲藻总丰度(n=15,r=0.69,p0.01)显著正相关,推测冬季溶解态铝对南海甲藻生长具有一定促进作用。     

秋季东海二甲基硫和二甲巯基丙酸内盐浓度分布及降解速率研究

于2013年10~11月现场测定了东海中二甲基硫(DMS)及其前体物质二甲巯基丙酸内盐(DMSP,分为溶解态DMSPd和颗粒态DMSPp)的含量,研究其水平分布特征、DMSPp的粒径分布及DMSPd的降解速率,并对DMS的海-气交换通量进行了探讨。研究结果表明,表层海水中DMS、DMSPd和DMSPp的浓度平均值分别为(4.84±0.40)、(5.84±0.93)和(13.01±0.52)nmol·L-1。海水中DMSPd的降解速率在2.59~16.36nmol·L-1·d-1之间,平均值为(6.78±0.84)nmol·L-1·d-1。调查海域范围内,小型浮游植物(20μm)是DMSPp和叶绿素a(Chl a)重要贡献者。此外,秋季东海表层海水DMS的海-气交换通量为0.66~31.73μmol·m-2·d-1,平均值为(11.63±0.71)μmol·m-2·d-1。     

铁对自然群落浮游植物生长的影响

利用室内加铁实验,研究了铁对胶州湾自然群落浮游植物生长的影响。实验结果显示,加入铁的浓度在5×10-8mol时,实验第7天的总细胞数量和叶绿素a含量分别比不加铁的对照组增加了5.9倍和3.7倍。加入铁的浓度增加10倍,达5×10-7mol时,浮游植物的生长速度更快,实验第5天的细胞数量和叶绿素a含量是对照组的34.9倍和16.1倍。浮游植物优势种中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)在加铁浓度为5×10-7mol时,第5天达最高峰,而在加铁浓度为5×10-8mol和对照实验组,细胞数量达到高峰的时间推后了2d,新月菱形藻(Nitzschiaclosterium)在中肋骨条藻衰败后成为优势种。     

可溶性铁对某些硅藻赤潮生物增殖的影响

评述了在厦门进行的一次围隔实验结果。在同等富营养的各围隔桶中添加不同浓度的柠檬酸铁，研究可溶性铁对浮游植物的增殖效应。对结果回归分析表明：水体中可溶性铁的浓度与相应的叶绿素含量存在着明显的相关，且添加可溶性铁的围隔体内的细胞净增长速率快于同等富营养的天然海水。实验结果证明提高海水中可溶性铁浓度会促进某些硅藻（尤其是中肋骨条藻）的增殖。进而改变浮游植物的群落结构，引发硅藻赤潮并增大赤潮的规律。     

辽东湾夏季叶绿素a分布特征与浮游植物溶解有机碳释放率估算

基于2013年夏季现场调查和14 C同位素示踪培养实验结果,对辽东湾水文环境参数、叶绿素a浓度与分布、浮游植物在光合作用过程中的溶解有机碳释放率进行了测试和分析。结果表明,辽东湾夏季叶绿素a表层平均值约为(6.10±0.41)mg/m3,且在局部出现显著的高值区和低值区,其中高值区可能存在藻华现象。叶绿素a低值区出现在双台子河的河口,主要原因是河水中过量泥沙悬浮物降低该区水体透明度,从而导致浮游植物生长受到光限制。6个典型站点的溶解有机碳释放率范围为(1.69±0.06)~(7.59±0.94)mg/(m3·h),平均值为(3.42±0.94)mg/(m3·h),占总有机碳生产率的3.57%~7.30%,平均为4.94%±0.59%。回归分析结果表明,叶绿素a含量对初级生产力的大小具有直接影响,而浮游植物溶解有机碳的释放率也与叶绿素a和光合作用率具有显著的线性相关性,表明在辽东湾水域富营养化所导致的局部高生物量促进了水体藻类光合固碳效率,溶解有机碳的生产率也同步增高。     

胶州湾海水痕量金属?溶解有机质分配特征及其影响因素探讨

采集胶州湾表层和底层海水样品,分析了Cu、Cr、Cd、Pb、Ni、Co等痕量金属在海水中的空间分布特征及其在不同分子量溶解有机质中的分配特征,并探讨了痕量金属?溶解有机质分配机理及浮游生物活动与盐度等环境因素对该分配过程的影响。结果表明,胶州湾海水中痕量金属呈近岸浓度较高的分布特征,在湾东北部出现高值区,Cd和Pb还分别在湾口与湾中部出现高值区。胶州湾海水中痕量金属平均有70.1%分配于低分子量(<1 kDa)组分中,其中Cu和Cd低分子量组分所占平均比例分别达79.0%与77.6%,Cr、Ni和Co稍低,分别为71.5%、67.3%及66.9%,Pb则仅为58.2%。海水中的溶解有机碳也以低分子量组分为主,所占比例平均达73.1%,且光谱特征显示低分子量溶解有机质中类腐殖质含量更高,含有丰富的羧基和羟基,金属配合能力较高,导致痕量金属多分配于低分子量溶解有机质中。高分子量溶解有机质(>1 kDa)所占比例与叶绿素a浓度呈显著正相关,表明浮游植物初级生产通过释放高分子量溶解有机质影响海水痕量金属?溶解有机质的分配过程。胶州湾湾顶盐度较低海域痕量金属高分子量组分略高,可能是生物活动及陆源输入(产生更多高分子量溶解有机质)与盐度(低盐有利于高分子量有机质的稳定性)共同作用的结果。     

2014年冬季热带西太平洋雅浦Y3海山浮游植物叶绿素a浓度及粒级结构

2014年冬季对西太平洋雅浦区Y3海山及其邻近大洋海域不同粒径浮游植物叶绿素a浓度进行了现场观测,同时结合温度、盐度、营养盐数据,分析了Y3海山区总叶绿素a浓度分布情况,不同粒级浮游植物对总叶绿素a浓度的贡献率及其与环境因子的关系,并与热带西太平洋大洋区(DY断面)进行了比较。结果表明:Y3海山A、B断面与DY断面水体平均叶绿素a浓度相差不大,分别为0.057、0.054和0.051mg/m3,A、B和DY三个断面各水层(0、30、75、100、150和200m)叶绿素a浓度变化范围分别为0.009—0.205、0.005—0.236和0.007—0.229mg/m3。不同粒级浮游植物的叶绿素a占总叶绿素a的比例从大到小依次为微微型浮游植物、微型浮游植物和小型浮游植物,三者在各断面的比例分别为A断面:59.97%,25.39%,14.64%;B断面:50.87%,30.70%,18.43%;DY断面:55.87%,29.87%,14.26%。微微型浮游植物在整个调查区域为优势类群,在A、B和DY三个断面的平均浓度分别为0.025、0.026和0.029mg/m3。各站位均有次表层叶绿素a浓度最高值现象,其中Y3海山区西南部和东南部为叶绿素a浓度高值区。洋流、温度和营养盐均对叶绿素a浓度分布有一定的影响。本研究发现海山经典假说不适用于2014年冬季的Y3海山区。     

西太平洋雅浦海沟区海水中CH4和DMSP的垂直变化特征

本研究首次探究了西太平洋雅浦海沟北段从表层到超深渊海水中甲烷（CH₄）及二甲基硫（DMS）的前体物质二甲基巯基丙酸内盐（DMSP）的浓度变化情况。结果表明:雅浦海沟海水甲烷浓度变化范围为1.49~3.87 nmol/L。其上层海水甲烷平均浓度最高,有明显的次表层极大现象。雅浦海沟氧最小层海水的甲烷平均浓度最低;在500~1 000 m中层水中甲烷浓度有一定程度的增大,1 000 m以下至底层甲烷浓度继续升高。研究海区溶解态DMSP（DMSPd）和总DMSP（DMSPt）平均浓度的垂直变化随深度呈先增大后减小趋势,颗粒态DMSP（DMSPp）的平均浓度随深度呈波动式变化,在中层达到最大。雅浦海沟CH₄和DMSP浓度垂直变化受浮游生物、微生物、光照、温度、压力、大洋环流等的复杂影响。在真光层海水中,CH₄浓度与DMSPd、DMSPp和DMSPt浓度表现为负相关关系,在200 m至底层海水中,CH₄浓度与DMSPd、DMSPp和DMSPt浓度表现为正相关关系,显示光照条件是造成雅浦海沟不同深度海水CH₄和DMSP浓度相关性差异的关键因素。     

长江口叶绿素a年际变化及其对三峡大坝的响应

通过SeaWiFS和MODIS卫星数据获得1997—2012年长江口区域年均、月均叶绿素a浓度,结合长江入海水沙资料,研究长江口叶绿素a浓度变化与长江来水来沙的关系及对三峡建坝的响应。结果显示,研究区在年均与月均尺度上,长江口叶绿素a浓度与长江径流量均存在较好的线性关系(判定系数分别为0.72和0.89),而与输沙关系较差,说明径流携带溶解态营养盐对浮游植物的贡献大于泥沙颗粒吸附的颗粒态营养盐贡献;三峡建坝后,研究区年均叶绿素a浓度出现下降趋势,月均叶绿素a浓度变化显示,原本的春、夏季峰值出现了一个月左右的滞后期,分析主要与建坝后较多枯水年份导致的春旱和三峡防洪前的排水以及夏季对洪峰的拦截有关;虽然蓄洪排枯增加了枯水月份径流量,但由于枯水月大多温度低、透光性差,不利于浮游植物生长,蓄洪排枯对枯水月份叶绿素影响不大,洪水季由于削峰导致叶绿素浓度较大坝建成前降低,因此,三峡大坝建成后研究区总体年际叶绿素a浓度呈降低趋势。     

印度洋海水营养盐添加模拟实验中浮游植物生长的营养盐限制作用

借助"中国首次环球科学考察航次",在印度洋海区进行了N、Fe、N+Fe以及N+Fe+P的营养盐添加模拟实验。通过对实验过程中水体营养盐浓度、叶绿素a(Chl-a)浓度以及温度等参数进行分析,探讨了添加不同营养盐对该实验海区浮游植物生长的影响。结果表明,N的添加会引起浮游植物的快速爆发,而单独添加Fe并不能刺激浮游植物快速生长,N、P联合作用对浮游植物生长的影响远远大于单独N的作用。另外,在实验海区浮游植物优先利用海水中的硝酸盐,在硝酸根耗尽后,海水中可被利用的P会促进浮游植物的生长。实验过程中水体N/P比值的变化同叶绿素a浓度以及浮游植物生长速度(R)没有可对比性,而且N/P比值与后两者之间的相关性都差,所以认为水体中N/P比值并不能单独决定浮游植物生长。此外,实验水体温度同Chl-a浓度和R值之间相关性分析表明,水体温度虽对浮游植物生长有重要作用,但不能控制浮游植物生长。     

南海北部海水中氨基酸的分布及其对溶解有机物降解行为的指示研究

于2015年6月对南海北部海区5个断面共26个站位海水中溶解态氨基酸（THAA）、溶解有机碳（DOC）和叶绿素a（Chl a）的浓度进行了科学调查。结果表明:夏季南海北部海水中THAA的浓度范围为0.40~1.95 μmol/L,平均值为（0.80±0.40） μmol/L,THAA的水平分布总体上体现出近岸高、远海低的特点,表明陆源输入对南海北部海域表层THAA分布有重要影响。THAA在断面上的垂直分布呈现出由近岸至远岸、由表层至底层逐渐降低的趋势。THAA浓度与两种D型氨基酸（D-谷氨酸:D-Glu和D-丙氨酸:D-Ala）含量之间存在显著负相关性,与天门冬氨酸/β-丙氨酸（Asp/β-Ala）和谷氨酸/γ-氨基丁酸（Glu/γ-Aba）比值之间存在显著正相关性,表明细菌的消耗是影响南海海水中THAA浓度的重要因素。D-Ala作为细菌肽聚糖中相对稳定的氨基酸,根据其占DOC的含量估算南海海水中的细菌源有机碳对DOC的贡献率为（29.32±14.32）%,其水平分布显示出近岸低、远岸高的特点;而其垂直分布则呈现出从表层至底层逐渐增加的趋势。THAA占DOC百分比（THAA-C%）的变化范围为1.02%~5.49%,平均值为（2.97±1.38）%。THAA-C%、活性因子和降解因子的高值均出现在珠江口外围区域。随着海水深度增加3种降解因子的数值均显著降低,这表明底层海水中有机物比表层海水中的有机物降解程度更大。     

流动注射Ferene分光光度法测定海水中溶解态铁的方法优化

热液流体中溶解态铁是海水原位测量的重要参数之一。本研究采用Ferene分光光度法,搭建流动注射分析系统,优化进样条件、显色条件,实现了热液流体中溶解态铁的在线测定。结果表明,测定Fe(II)时,Ferene、缓冲液浓度分别为8×10–3、0.4 mol/L,Ferene、样品流速分别为0.8、0.6 m L/min,显色盘管长度为40 cm时,方法的灵敏度、检测限最佳;测定Fe(III)时,Ferene、缓冲液、抗坏血酸浓度分别为1×10–2、0.5、0.01 mol/L,Ferene/抗坏血酸、样品流速均为1.0 m L/min,还原、显色盘管长度均为40 cm时,方法的灵敏度、检测限最佳。最佳实验条件下,Fe(II)、Fe(III)在0.2~10μmol/L和0.5~16μmol/L范围内,工作曲线回归方程分别为A=0.0834 C+0.0564(μmol/L,n=8,R2=0.997)和A=0.0478C+0.0423(μmol/L,n=8,R2=0.997)。Fe(II)、Fe(III)检测限分别为24、39 nmol/L,相对标准偏差分别为0.8%、1.2%(n=10),加标回收率为97.9%~103.0%。共存离子实验表明,流体中的Na+、Mn2+、Cu2+、Cu+不会对测量造成干扰。     

黑潮源区及其邻近海域叶绿素a浓度的季节分布

2001年冬季、2002年春季和秋季在琉球群岛、台湾岛和吕宋岛以东的西北太平洋黑潮源区及其邻近海域观测叶绿素a浓度季节分布及其粒级结构。结果表明,冬季表层平均叶绿素a浓度高于春季和秋季,台湾岛及以北岛链东南部的北部测区叶绿素a浓度高于巴士海峡及吕宋岛以东的南部海区。叶绿素a垂直分布呈真光层内随垂直深度增加而浓度增大,真光层下至水深200m随垂直深度增加而浓度降低的分布趋势。春季和秋季叶绿素a浓度粒级结构表明,微微型光合浮游生物(Pico级份)对总叶绿素a的贡献占优势,微型(Nano级份)次之,小型(Micro级份)所占比例最小。表层水光合浮游植物细胞丰度在(1.3~13.5)×103cells/dm3,以小粒径的硅藻占优势。呈现出微微型光合浮游生物在观测海区的重要性。     

沙尘和灰霾对西北太平洋浮游植物群落结构变化的影响

通过在西北太平洋黑潮亲潮混合区(E02和E10M)和副热带寡营养区(M1和M1B)开展的船基围隔培养实验,探究了不同海域表层海水中浮游植物对沙尘和灰霾添加的响应,以及浮游植物群落结构的变化。结果表明,黑潮亲潮混合区浮游植物可能受铁(Fe)限制,副热带寡营养区浮游植物主要受氮(N)限制。沙尘和灰霾添加均可以促进浮游植物生长,并可使浮游植物的粒级结构分布发生明显变化。在黑潮亲潮混合区,沙尘添加组使小型浮游植物对总叶绿素a的贡献率(C_Micro)由～10%上升至～55%,超微型浮游植物对总叶绿素a的贡献率(C_Pico)由～70%下降至～20%,但在培养实验过程中,各粒级浮游植物对总叶绿素a贡献率的变化量与沙尘添加量无明显的相关关系,这种现象的原因可能是不同量的沙尘添加均可为浮游植物的生长提供较充足的Fe导致的。在副热带寡营养区,沙尘或灰霾添加组的C_Micro由～10%上升至～35%,C_Pico由～70%下降至～55%～～35%,各粒级浮游植物对总叶绿素a贡献率的变化与沙尘或灰霾添加量呈线性相关关系,表明浮游植物的生长对沙尘或灰霾的N供给量具有较高的敏感性。